CN105422390A - 风力发电机的散热方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种风力发电机的散热方法和系统。风力发电机包括机舱和安装在机舱顶部的顶窗，所述散热方法包括：获取机舱内的温度；当该温度超过温度阈值时，生成开窗指令，用于开启顶窗进行散热。采用本发明实施例，可以提高机舱的散热效率。

Description

风力发电机的散热方法和系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种风力发电机的散热方法和系统。

背景技术

风力发电作为一种新型的发电技术，以其可再生能源和环境友好型能源而备受人们瞩目，风力发电机在工作时，风力发电机的机舱中会产生大量的热量，从而对风力发电机的正常运行造成影响，如何有效的为风力发电机散热成为需要解决的重要问题。

通常，风力发电机在满功率运行状态下，风力发电机中的发电机、机械传动系统、变桨系统、偏航系统、机舱中的控制系统以及从塔底电气系统通过对流散传导到机舱的热量很高，为了不影响风力发电机的正常工作，主要通过主动式风冷或者水冷的方式对机舱进行散热，即在机舱内设计一条或多条散热通路，然后，将风或者水注入该散热通路，以此对机舱进行散热。

然而，通过主动式风冷或者水冷的方式对机舱进行散热时，需要在机舱内做详细的散热通路设计，而且，这种散热方式的散热功耗较大，且散热效果不明显，从而使得机舱的散热效率较低。

发明内容

本发明的目的在于，通过对机舱内的温度进行检测，并在机舱内温度超过温度阈值时开启顶窗进行散热，从而提高机舱的散热效率。

根据本发明的一方面，提供一种风力发电机的散热方法。所述风力发电机包括机舱和安装在机舱顶部的顶窗，所述散热方法包括，获取所述机舱内的温度；

当所述温度超过温度阈值时，生成开窗指令，用于开启所述顶窗进行散热。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机的散热系统。所述风力发电机包括机舱和安装在机舱顶部的顶窗，所述散热系统包括传感器、控制器以及与所述顶窗连接的驱动电机，所述传感器的输出端与控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与驱动电机的控制端相连，其中：

所述传感器用于获取所述机舱内的温度；

所述控制器用于当所述温度超过温度阈值时，生成开窗指令；

所述驱动电机用于根据所述开窗指令开启所述顶窗进行散热。

根据本发明实施例提供的风力发电机的散热方法和系统，通过对机舱内的温度进行检测，并在机舱内温度超过温度阈值时开启顶窗进行散热，从而提高机舱的散热效率。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例一的风力发电机的散热方法的流程图；

图2是示出根据本发明实施例二的风力发电机的散热方法的流程图；

图3是示出根据本发明实施例三的包括风力发电机的散热系统的逻辑框图；

图4是示出根据本发明实施例三的包括风力发电机的散热系统的机舱的侧剖面的结构示意图；

图5是示出图4中A处的放大结构示意图；

图6是示出根据本发明实施例三的包括风力发电机的散热系统的机舱的俯视示意图。

图例说明：

301-传感器，302-控制器，303-顶窗，304-驱动电机，305-顶窗盖，306-驱动小齿，307-齿条，308-防护栅格网，309-导轨，310-机舱罩，311-导向套，312-支架。

具体实施方式

本方案的发明构思是，通过对机舱内的温度进行检测，并在机舱内温度超过温度阈值时开启顶窗进行散热，从而提高机舱的散热效率。

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。

实施例一

图1是示出根据本发明实施例一的风力发电机的散热方法的流程图，风力发电机包括机舱和安装在机舱顶部的顶窗。通过实施例三所述的散热系统执行散热方法。

参照图1，在步骤S110，获取机舱内的温度。

具体地，本发明实施例中，为了简化描述，通过顶窗为机舱散热的系统可称为散热顶窗系统，该散热顶窗系统可包括传感器、控制器和与顶窗连接的驱动电机，其中，该散热顶窗系统中的各个部件的功能和用途可参见后述实施例中的相关内容。由于顶窗处于关闭状态是散热顶窗系统的安全状态，因此，当风力发电机启动后，散热顶窗系统通电，此时，散热顶窗系统进入初始化状态，并执行自检程序，以检测顶窗的开启和关闭的状态。如果在自检的过程中检测到顶窗处于关闭状态，则该散热顶窗系统可不做处理，如果在自检的过程中检测到顶窗处于开启状态，则该散热顶窗系统在自检完成之后，可执行关窗命令，并启动驱动电机以关闭顶窗，直到关闭动作完成。风力发电机的机舱中安装有温度传感器，用于检测机舱中的温度。当顶窗在自检过程完成后关闭时，该温度传感器可实时监测机舱中的温度。

在步骤S120，当该温度超过温度阈值时，生成开窗指令，用于开启顶窗进行散热。

具体地，风力发电机在满功率运行状态下，发电机、机械传动系统、变桨系统、偏航系统、机舱中的控制系统以及从塔底电气系统通过对流散传导到机舱的热量很高，这样会使得机舱中温度升高而影响风力发电机的正常运行。为此，可预先为机舱内的温度设置温度阈值，当温度传感器检测到机舱内的温度超过该温度阈值时，可生成开启顶窗的开窗指令，并可将该开窗指令传送给与顶窗相连接的驱动电机，驱动电机通电工作以驱动顶窗盖将顶窗开启，从而风力发电机可通过顶窗为机舱散热。

本发明实施例提供的风力发电机的散热方法，通过对机舱内的温度进行检测，并在机舱内温度超过温度阈值时开启顶窗进行散热，从而提高机舱的散热效率。

实施例二

图2是示出根据本发明实施例二的风力发电机的散热方法的流程图，实施例可视为图1的又一种具体的实现方案。

参照图2，在步骤S210，获取机舱内的温度。

其中，步骤S210的步骤内容与上述实施例一中的步骤S110的步骤内容相同，在此不再赘述。

在步骤S220，获取机舱外的第二湿度。

具体地，考虑到雨水会对风力发电机的机舱中的发电机、变桨系统、偏航系统和控制系统造成影响，而且，机舱中的如变桨系统、偏航系统和控制系统中通常还包括电路板，雨水会腐蚀该电路板，从而使得风力发电机无法正常工作，为此，可以在风力发电机的某位置(如机舱罩外部的顶端或侧面位置等)安装用于检测机舱外湿度的湿度传感器。当散热顶窗系统通电自检完成后，可通过湿度传感器实时检测机舱外的湿度，得到机舱外的第二湿度。

需要说明的是，上述步骤S210和步骤S220是以先后顺序执行的，在实际应用的过程中，步骤S210和步骤S220也可以是同时进行的，还可以是先执行步骤S220，然后再执行步骤S210。

在步骤S230，获取机舱外的第二空气密度。

具体地，考虑到沙尘会对风力发电机的机舱中的发电机、变桨系统、偏航系统造成影响，如沙尘使机舱中的器件损坏，或者使得变桨系统或偏航系统中的电力线路造成短路故障等，从而使得风力发电机无法正常工作，为此，可以在风力发电机的某位置(如机舱罩外部的顶端或侧面位置等)安装用于检测机舱外的空气密度的空气密度传感器。当散热顶窗系统通电自检完成后，可通过该空气密度传感器实时检测机舱外的空气密度，得到机舱外的第二空气密度。

需要说明的是，上述步骤S210～步骤S230是以先后顺序执行的，在实际应用的过程中，步骤S210～步骤S230也可以是同时进行的，还可以是步骤S210、步骤S220和步骤S230可以任意顺序执行。

在步骤S240，当该温度超过温度阈值、第二湿度小于湿度阈值且第二空气密度小于密度阈值时，生成开窗指令，用于开启顶窗进行散热。

具体地，可预先为机舱外的湿度和空气密度分别设置相应的湿度阈值和密度阈值，当湿度传感器检测到机舱外的第二湿度未超过该湿度阈值，且空气密度传感器检测到机舱外的第二空气密度未超过该密度阈值时，可生成开启顶窗的开窗指令，并可将该开窗指令传送给与顶窗相连接的驱动电机，驱动电机通电工作以驱动顶窗盖将顶窗开启，从而风力发电机可通过顶窗为机舱散热。

需要说明的是，还可以通过机舱外的湿度或空气密度，在结合机舱内的温度对开启顶窗进行控制，相应的，可以在机舱罩上、顶窗的正上方安装防水罩，防止雨水等进入机舱，这样，可以只需在机舱外安装空气密度传感器，实时检测机舱外的空气密度，当机舱外的第一空气密度未超过密度阈值时，生成开窗指令，以开启顶窗进行散热。另外，也可以在顶窗上安装空气过滤网防止沙尘等进入机舱，这样，可以只需在机舱外安装湿度传感器，实时检测机舱外的湿度，当机舱外的第一湿度未超过湿度阈值时，生成开窗指令，以开启顶窗进行散热。

在步骤S250，获取机舱外的第三湿度和/或第三空气密度。

具体地，为了避免雨水或沙尘进入机舱而使风力发电机出现故障，可以在下雨或沙尘的天气状况下，将顶窗关闭，具体处理可如下：当风力发电机的机舱上的顶窗开启后，湿度传感器和空气密度传感器可继续分别实时检测机舱外的湿度和空气密度，具体处理过程可参见上述相关内容，在此不再赘述。通过上述方式可得到机舱外的第三湿度和第三空气密度。

在步骤S260，当第三湿度大于湿度阈值和/或第三空气密度大于密度阈值时，生成关窗指令，用于关闭顶窗。

具体地，将得到的第三湿度与预定的湿度阈值相比较，如果第三湿度大于湿度阈值，则生成关窗指令，发送给驱动电机，驱动电机可驱动顶窗盖将顶窗关闭，和/或，将得到的第三空气密度与预定的密度阈值相比较，如果第三空气密度大于密度阈值，则生成关窗指令，发送给驱动电机，驱动电机可驱动顶窗盖将顶窗关闭。

本发明实施例提供的风力发电机的散热方法，一方面，在机舱内的温度超过温度阈值时，分别判断机舱外的湿度和空气密度是否超过相应的阈值，从而对是否开启顶窗进行散热进行判断，提高风力发电机的安全性；另一方面，通过检测机舱外的湿度或空气密度，并判断该湿度或空气密度是否超过相应的阈值，进而确定是否关闭顶窗，从而防止雨水、沙尘等进入机舱内部，影响风力发电机的正常工作。

实施例三

基于相同的技术构思，图3是示出根据本发明实施例三的包括风力发电机的散热系统的机舱的结构示意图，该风力发电机包括机舱和安装在机舱顶部的顶窗。参照图3，散热系统包括传感器301、控制器302以及与顶窗303连接的驱动电机304，传感器301的输出端与控制器302的输入端相连，控制器302的输出端与驱动电机304的控制端相连，其中：

传感器301用于获取机舱内的温度；控制器302用于当温度超过温度阈值时，生成开窗指令；驱动电机304用于根据开窗指令开启顶窗303进行散热。

其中，传感器301可以为温度传感器，可以安装在风力发电机的机舱内，用于测量机舱内的温度。驱动电机304可由伺服电机构成，为顶窗303的驱动部件，以为顶窗303的移动提供动力。

具体地，当顶窗303处于关闭状态时，安装于机舱内部的温度传感器检测机舱内的温度，并将检测到的温度传送给控制器302，控制器302将该温度与温度阈值比较，如果该温度超过温度阈值，则生成开窗指令，并将其传送给驱动电机304，驱动电机304驱动顶窗盖305将顶窗303关闭。具体可参见上述实施例一和实施例二中的相关内容。

另外，传感器301包括：第一传感子单元，用于获取机舱外的湿度；控制器302包括：第一控制子单元，用于当温度超过温度阈值且湿度小于湿度阈值时，生成开窗指令；或者，传感器301包括：第二传感子单元，用于获取机舱外的空气密度；控制器302包括：第二控制子单元，用于当温度超过温度阈值且空气密度小于密度阈值时，生成开窗指令；或者，传感器301包括：第三传感子单元，用于获取机舱外的湿度和机舱外的空气密度；控制器302包括：第三控制子单元，用于当温度超过温度阈值、湿度小于湿度阈值且空气密度小于密度阈值时，生成开窗指令。

上述处理可参见上述实施例二中的相关内容，在此不再赘述。

此外，传感器301包括：第四传感子单元，用于获取机舱外的湿度；控制器302包括：第四控制子单元，用于当湿度大于湿度阈值时，生成关窗指令，用于关闭顶窗；和/或；传感器301包括：第五传感子单元，用于获取机舱外的空气密度；控制器302包括：第五控制子单元，用于当空气密度大于密度阈值时，生成关窗指令。

上述处理可参见上述实施例二中的相关内容，在此不再赘述。

此外，上述控制器302可以是独立于风力发电机的主控系统的控制器，也可以是集成于风力发电机的主控系统接口的控制器，还可以是集成在风力发电机的监控系统中的控制器。对于独立式的控制器，需要设置额外的控制器和相应控制系统的布局设计，对于集成式的控制器，需要将传感器接入风力发电机的主控系统或监控系统，并且由主控系统或监控系统实现控制逻辑，发出控制指令(即开窗指令和关窗指令等)。需要说明的是，如果传感器301接入风力发电机的主控系统，并且由主控系统发出控制指令，并可以将顶窗303的工作状态(开启状态或关闭状态)通过网络(有线网络或无线网络等)发送到监控系统。

此外，为了使驱动电机304能够方便顺利的完成开窗或关窗的操作，可以在顶窗303和驱动电机304之间安装相应的传动部件。如图4、图5和图6所示，其中，图5为图4中A的放大图，该散热系统中还可包括驱动小齿306和齿条307，齿条307可安装在顶窗303上，驱动小齿306安装在驱动电机304的输出端，并与齿条307相啮合，以使齿条307可沿直线运动。

另外，为了在风力发电机掉电情况下仍然能够恢复安全状态(即顶窗关闭状态)，可以为该散热系统设置备用电源(图中未示出)，以保证上述过程的顺利实施。具体地，备用电源的输出端分别与传感器301、控制器302以及驱动电机304的电源输入端相连，以便为上述各部件供电。

其中，备用电源可以采用风力发电机的主控系统的不间断电源，这样，顶窗303能够在控制器302失效或者散热系统掉电情况下通过备用电源提供电量，以实现自我控制来关闭顶窗303。此外，为了保证散热系统的安全性，传感器301可采用冗余设计。

此外，为了防止外界空气中的飞絮物或飞禽等进入机舱内，而对机舱内的部件构成一定的影响，可以在顶窗303处设置防护罩，具体地，如图4和图5所示，该散热系统还包括防护栅格网308，防护栅格网308安装在机舱外位于顶窗303的上方，或者安装在机舱内位于顶窗303正下方。

防护栅格网308可由一定孔隙率的钢丝组成，可以作为内外空气流动的通道，为机舱内热空气散发到外界提供通道，同时也可以保护机舱内工作的人员的安全。

另外，为了使得顶窗303在开启时顶窗盖305能够放置在预定的位置，可以为该散热系统设置导轨309，相应的处理可包括：如图4和图5所示，该散热系统还包括导轨309，导轨309固定于机舱罩310上，与顶窗303嵌套，顶窗303沿导轨309滑动。

导轨309可由U型槽钢组成，也可由其它形状的材料组成，如角钢或C型钢等，导轨309可固定在机舱罩310上，从而为顶窗303的移动提供通道，通过这种方式可以限制顶窗303的移动轨迹，使得顶窗303在开启时可以被放置在预定位置。

此外，为了使顶窗盖305能够按照一定的方向移动，可设置导向套311，相应的处理可包括：该散热系统还包括导向套311，导向套311固定于导轨309的两端，顶窗303在导向套311的区域内沿导轨309滑动。

导向套311可以由自润滑的耐磨材料(如氮化硅等陶瓷材料等)组成，也可以由其他材料组成，如塑料或钢等。通过导向套311，一方面可将顶窗盖305的移动限制在导轨309内，另一方面可对顶窗盖305和导向套311之间的滑动进行自润滑，防止滑动卡死和磨损。

另外，为了给顶窗303的驱动电机304等部件提供支撑，可以设置支架312，如图4和图5所示，支架312的一端可安装在驱动电机304的支撑端，另一端设置于风力发电机的机舱内的机舱罩305上。支架312可由工字钢组成。需要说明的是，除了图4中示出的支架外，还可以设置其它形式的支撑部件，如可通过螺栓将驱动电机304固定在机舱罩305的内部，或者也可以通过U型固定件将驱动电机304固定在机舱罩305的内部等。

另外，机舱罩305作为机舱内各部件的防护罩，可防止雨水、沙尘等外环境的夹杂物对机舱内的部件的影响，同时也是顶窗303的附着体。顶窗盖305可由玻璃钢等材料组成，作为该顶窗的盖，在不需要散热的时候或下雨或刮沙尘暴的时候，能够阻挡外界杂物进入机舱，保护机舱内的部件。

需要说明的是，考虑到人员进出风力发电机机舱时的安全性，可在距离顶窗303预定距离(如0.4米)的位置设置急停按钮以及手动开启顶窗和关闭顶窗的控制按钮，以便对顶窗303的开启和关闭进行手动控制。而且，在任何情况下，如果风力发电机的散热系统发生故障(包括急停或者该散热系统因不可抗拒因素等而转换到故障状态)，该散热系统可通过不断监测的方式检测该故障是否已经排除，如果故障排除，则将重新进入初始化状态，相应的处理可参见上述实施例一和实施例二中的相关内容，在此不再赘述。

本发明实施例提供的风力发电机的散热系统，通过对机舱内的温度进行检测，并在机舱内温度超过温度阈值时开启顶窗进行散热，从而提高机舱的散热效率。

进一步地，本发明实施例中，一方面，在机舱内的温度超过温度阈值时，分别判断机舱外的湿度和空气密度是否超过相应的阈值，从而对是否开启顶窗进行散热进行判断，提高风力发电机的安全性；另一方面，通过检测机舱外的湿度或空气密度，并判断该湿度或空气密度是否超过相应的阈值，进而确定是否关闭顶窗，从而防止雨水、沙尘等进入机舱内部，影响风力发电机的正常工作。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CDROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种风力发电机的散热方法，所述风力发电机包括机舱和安装在机舱顶部的顶窗，其特征在于，所述散热方法包括：

获取所述机舱内的温度；

当所述温度超过温度阈值时，生成开窗指令，用于开启所述顶窗进行散热。

2.根据权利要求1所述的散热方法，其特征在于，所述当所述温度超过温度阈值时生成开窗指令的处理包括：

获取所述机舱外的第一湿度；

当所述温度超过温度阈值且所述第一湿度小于湿度阈值时，生成开窗指令；或者，

获取所述机舱外的第一空气密度；

当所述温度超过温度阈值且所述第一空气密度小于密度阈值时，生成开窗指令；或者，

获取所述机舱外的第二湿度；

获取所述机舱外的第二空气密度；

当所述温度超过温度阈值、所述第二湿度小于湿度阈值且所述第二空气密度小于密度阈值时，生成开窗指令。

3.根据权利要求2所述的散热方法，其特征在于，所述散热方法还包括：

获取所述机舱外的第三湿度；

当所述第三湿度大于湿度阈值时，生成关窗指令，用于关闭所述顶窗；和/或；

获取所述机舱外的第三空气密度；

当所述第三空气密度大于密度阈值时，生成关窗指令。

4.一种风力发电机的散热系统，所述风力发电机包括机舱和安装在机舱顶部的顶窗，其特征在于，所述散热系统包括传感器、控制器以及与所述顶窗连接的驱动电机，所述传感器的输出端与控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与驱动电机的控制端相连，其中：

所述传感器用于获取所述机舱内的温度；

所述控制器用于当所述温度超过温度阈值时，生成开窗指令；

所述驱动电机用于根据所述开窗指令开启所述顶窗进行散热。

5.根据权利要求4所述的散热系统，其特征在于，

所述传感器包括：第一传感子单元，用于获取所述机舱外的湿度；

所述控制器包括：第一控制子单元，用于当所述温度超过温度阈值且所述湿度小于湿度阈值时，生成开窗指令；

或者，

所述传感器包括：第二传感子单元，用于获取所述机舱外的空气密度；

所述控制器包括：第二控制子单元，用于当所述温度超过温度阈值且所述空气密度小于密度阈值时，生成开窗指令；

或者，

所述传感器包括：第三传感子单元，用于获取所述机舱外的湿度和所述机舱外的空气密度；

所述控制器包括：第三控制子单元，用于当所述温度超过温度阈值、所述湿度小于湿度阈值且所述空气密度小于密度阈值时，生成开窗指令。

6.根据权利要求5所述的散热系统，其特征在于，

所述传感器包括：第四传感子单元，用于获取所述机舱外的湿度；

所述控制器包括：第四控制子单元，用于当所述湿度大于湿度阈值时，生成关窗指令，用于关闭所述顶窗；

和/或；

所述传感器包括：第五传感子单元，用于获取所述机舱外的空气密度；

所述控制器包括：第五控制子单元，用于当所述空气密度大于密度阈值时，生成关窗指令。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的散热系统，其特征在于，所述控制器集成在风力发电机的监控系统中。

8.根据权利要求7所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括驱动小齿和齿条，所述齿条安装于所述顶窗上，所述驱动小齿安装在所述驱动电机的输出端，并与所述齿条相啮合，以使所述齿条沿直线运动。

9.根据权利要求7所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括备用电源，所述备用电源的输出端分别与所述传感器、所述控制器以及所述驱动电机的电源输入端相连。

10.根据权利要求7所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括防护栅格网，所述防护栅格网安装在机舱外位于顶窗的上方，或者安装在机舱内位于顶窗正下方。

11.根据权利要求7所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括导轨，所述导轨固定于机舱罩上，与所述顶窗嵌套，所述顶窗沿所述导轨滑动。

12.根据权利要求11所述的散热系统，其特征在于，所述导轨为U型导轨。

13.根据权利要求12所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括导向套，所述导向套固定于所述导轨的两端，所述顶窗在所述导向套的区域内沿所述导轨滑动。

14.根据权利要求7所述的散热系统，其特征在于，所述散热系统还包括支架，所述支架一端安装在所述驱动电机的支撑端，另一端设置于所述机舱内的机舱罩上。